DE3923335A1 - Geraet zur steuerung eines lichtstrahles und lineare teilervorrichtung zur verwendung in dem geraet - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zur Steuerung eines Lichtstrahles, wozu als typische Beispiele ein Laserdrucker und eine laserbetriebene Figurenzeichnungsmaschine gehören, und sie bezieht sich auf eine lineare Teilervorrichtung zur Erfassung der Abtastposition eines Laserstrahls, die in dem Lichtstrahlsteuergerät verwendet wird.

Bei einem Laserprinter oder einer lasergesteuerten Figurenzeichenmaschine erfolgt eine Abtastung mit einem Laserstrahl in Übereinstimmung mit Aufnahmesignalen, um auf einem vorherbestimmten Medium ein gewünschtes Bild (einschließlich Buchstaben, usw.) zu erzeugen. Um ein Bild hoher Genauigkeit und hoher Bildqualität zu erzeugen, ist es unerläßlich, die Abtastposition des Laserstrahls durch genaue Erfassung derselben zu steuern.

Um die Abtastposition eines Laserstrahls zu steuern, wird bisher der Drehungswinkel eines den Laserstrahl ablenkenden Spiegels erfaßt, oder es wird in Bezug auf einen vorherbestimmten Punkt auf der Abtastzeile die Abtastposition in einem Zeitmultiplexmodus erfaßt.

Das bedeutet, daß bei einem solchen Gerät die Abtastposition des Laserstrahls indirekt erfaßt und gesteuert wird und daß daher eine Verbesserung der Genauigkeit und der Auflösung begrenzt ist.

Um diese Schwierigkeit zu überwinden, ist im Bereich dieser Technik ein Gerät vorgeschlagen worden, bei dem der Laserstrahl in einen Hauptabtaststrahl und in einen Kontrollstrahl unterteilt ist. Während der Hauptabtaststrahl abgelenkt wird, wird auch der Kontrollabtaststrahl durch ein und dieselbe Abtasteinrichtung abgelenkt, so daß beide Strahlen untereinander im wesentlichen synchron sind. Anstelle der Abtastposition des Hauptabtaststrahles wird die Abtastposition des Kontrollabtaststrahles erfaßt.

Fig. 1 zeigt den Aufbau einer Vorrichtung zur Erfassung der Abtastposition des Kontrollabtaststrahles in einem solchen Gerät. In Fig. 1 kennzeichnet das Bezugszeichen 1 eine Vielzahl von Lichtleiterfasern. Die Anfangsenden 2 der Lichtleiterfasern 1 sind parallel über die Abtastzeile des Kontrollabtaststrahls verteilt, während die anderen Enden an entsprechende Elemente in einem Fotodetektor 3 angeschlossen sind. Der Kontrollabtaststrahl wird durch die Lichtleiterfasern 1 aufgenommen und in den Fotodetektor 3 geleitet, und der Fotodetektor 3 erzeugt ein den einfallenden Lichtstrahlen entsprechendes Ausgangssignal. Somit kann also die Abtastposition des Kontrollabtaststrahles (und entsprechend die Abtastposition des mit dem Kontrollabtaststrahl synchronen Hauptabtaststrahles) über das Ausgangssignal des Fotodetektors 3 erfaßt werden. Deshalb kann auch die Abtastposition des Hauptabtaststrahles auf dem vorherbestimmten Medium durch Steuerung des Abtastmittels, beispielsweise des Abtastspiegels, entsprechend dem Ausgangssignal des Fotodetektors 3 gesteuert werden.

Wie erwähnt, verwendet das herkömmliche Gerät eine Vielzahl von Lichtleiterfasern, woraus sich ergibt, daß das Gerät eine große Anzahl von Bauteilen aufweist, teuer in der Herstellung ist und unvermeidlicherweise große Maße besitzt.

Fig. 2 zeigt den Aufbau einer herkömmlichen, laserbetriebenen Figurenzeichenmaschine eines anderen Typs. Bei der Maschine wird ein durch einen Laserstrahlgenerator 11 erzeugter Laserstrahl auf einen Halbspiegel 12 geworfen, von dem er in einen ersten und einen zweiten Strahl geteilt wird, nämlich einen Hauptstrahl und einen Kontrollstrahl. Der erste Strahl (Hauptstrahl) wird in einen Modulator 13 geschickt, wo er mit einem Aufnahmesignal moduliert wird. Der so modulierte Hauptstrahl wird durch einen Strahlspreizer 14 gedehnt und dann auf einen drehbaren Polygonspiegel 15 geworfen. Der vom Polygonspiegel 15 reflektierte Hauptstrahl fällt auf eine f R-Linse 16, wo die Abtastgeschwindigkeit korrigiert wird, und der so bearbeitete Strahl wird durch einen Spiegel 17 auf eine Aufnahmeoberfläche 18 geworfen. Die Aufnahmeoberfläche wird in einer Zusatzabtastrichtung bewegt (beispielsweise in einer waagrechten Richtung in der Papierebene der Fig. 2), während der Hauptstrahl durch den drehbaren Polygonspiegel 15 in der Hauptabtastrichtung abgelenkt wird (beispielsweise in einer Richtung senkrecht zur Papieroberfläche der Zeichnung). Auf diese Weise wird ein Bild auf der Aufnahmefläche 18 in Übereinstimmung mit dem Aufnahmesignal erzeugt.

Andererseits wird der zweite Strahl (oder der Kontrollstrahl) auf den Strahlspreitzer 14 geworfen, ohne zuvor durch den Modulator 13 zu laufen. Statt dessen wird der Kontrollstrahl von einer Vielzahl von Spiegeln (in Fig. 2 fortgelassen) reflektiert. Dann fällt der Kontrollstrahl durch den drehbaren Polygonspiegel 15, die f R-Linse 16, den Spiegel 17 und einen Spiegel 19 auf einen geradlinigen Teiler 20. Der Grund, warum nur der Kontrollstrahl auf den Spiegel 19 fällt, besteht darin, daß der Kontrollstrahl durch das optische System vor dem Polygonspiegel 15 vom Hauptstrahl räumlich getrennt worden ist. Der lineare Teiler 20 besitzt, wie in Fig. 3 dargestellt, eine Anzahl von Schlitzen 20 a, die entlang der Kontrollabtastrichtung angeordnet sind. Nachher wird der Kontrollstrahl bei der Ablenkung in die Hauptabtastrichtung durch den drehbaren Polygonspiegel 15 synchron mit dem Hauptstrahl durch die Schlitze 20 a ein- und ausgeschaltet, also in einen gepulsten Strahl in Gestalt einer Pulsfolge umgewandelt. Der so bearbeitete Kontrollstrahl wird von einem hinter dem linearen Teiler 20 angeordneten Lichtleiter 21 aufgenommen und auf einen Fotodetektor 22 geleitet. Der Fotodetektor 22 liefert Impulse entsprechend der Abtastung in der Hauptabtastrichtung. So kann, beispielsweise durch Zählen der Ausgangsimpulse, die Abtastposition des Strahls in der Hauptabtastrichtung erfaßt werden.

Wie oben beschrieben, ist es bei der herkömmlichen Figurenzeichenmaschine erforderlich, den Lichtleiter 21 hinter dem linearen Teiler 20 anzuordnen, um den Lichtstrahl zum Fotodetektor 22 zu leiten. Daraus ergibt sich, daß das Gerät eine große Anzahl von Bauteilen besitzt, eine verwickelte Konstruktion aufweist und sperrig ist.

Es ist demgemäß ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Gerät zur Steuerung eines Lichtstrahles zu schaffen, das eine geringere Anzahl von Bauteilen, eine vereinfachte Konstruktion und reduzierte Maße aufweist und dadurch geringere Herstellungskosten verursacht.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung einer linearen Teilervorrichtung zur Verwendung in dem vorgenannten Lichtstrahlsteuergerät.

Die genannten Ziele der Erfindung werden durch die Bereitstellung eines Lichtstrahlsteuergerätes erreicht, welches folgende Komponenten aufweist: Lichtquellenmittel zur Erzeugung eines ersten und zweiten Strahls; eine erste Abtastoberfläche, auf die der erste Strahl geworfen wird, eine zweite Abtastoberfläche, auf die der zweite Strahl geworfen wird; Abtastmittel, die bewirken, daß der erste und der zweite Strahl jeweils die erste und die zweite Abtastoberfläche abtasten; Lichtkonzentrierungsmittel, die entlang einer Abtastrichtung des zweiten Strahles angeordnet sind, zur Aussendung von Licht als Reaktion auf den einfallenden zweiten Strahl; und Fotodetektormittel zur Erfassung des Lichtes der Lichtkonzentrationsmittel.

Bei der Lichtstrahlsteuervorrichtung gemäß der Erfindung werden der erste und der zweite Lichtstrahl jeweils auf die erste und auf die zweite Abtastoberfläche geworfen, während sie von ein und denselben Abtastmitteln abgelenkt werden. Die zweite Abtastoberfläche weist die lichtdurchlässigen und die lichtundurchlässigen Bezirke auf, so daß die aus einer beispielsweise fluoreszierenden Lichtleiterfaser bestehenden Lichtkonzentrierungsmittel einen gepulsten Lichtstrahl aussenden. Durch Zählen der Impulse kann die Abtastposition des zweiten Strahles (und dementsprechend die Abtastposition des ersten Strahles) erfaßt werden.

Weiter weist die lineare Teilervorrichtung gemäß der Erfindung folgende Komponenten auf: ein erstes Bauelement mit einem ersten Brechungsindex und mit lichtdurchlässigen und lichtundurchlässigen Bezirken auf mindestens einem Abschnitt desselben, die regelmäßig und abwechselnd in Längsrichtung des ersten Bauelementes angeordnet sind; und ein zweites, innerhalb des ersten Elementes angeordnetes Bauelement, in welchem fluoreszierendes Material im wesentlichen gleichmäßig verteilt ist, wobei das zweite Bauelement einen zweiten Brechungsindex besitzt, der größer als der erste Brechungsindex ist, derart, daß vom fluoreszierenden Material ausgesandtes fluoreszierendes Licht auf Endflächen des zweiten Bauelementes geworfen wird.

Die lichtdurchlässigen Bezirke, beispielsweise Schlitze, sind in der Oberfläche des ersten Bauelementes angebracht und lassen Licht auf das zweite Bauelement fallen. Das zweite Bauelement erzeugt als Reaktion auf den durch die lichtdurchlässigen Bezirke einfallenden Lichtstrahl fluoreszierendes Licht. Da der Brechungsindex des zweiten Bauelementes größer als der des ersten Bauelementes ist, wird das fluoreszierende Licht, weil es nicht durch das erste Bauelement dringen kann, auf die Endflächen des zweiten Bauelementes geworfen. Somit kann das fluoreszierende Licht erfaßt werden, beispielsweise durch Fotodetektoren, die an den Endflächen des zweiten Bauelementes angeordnet sind.

Andere und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen deutlicher aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen hervor.

Nachfolgend werden die Figuren beschrieben.

Fig. 1 stellt eine perspektivische Ansicht dar, die eine konventionelle Vorrichtung zur Erfassung der Lichtstrahlabtastposition zeigt;

Fig. 2 stellt ein Blockdiagramm dar, das den Aufbau einer konventionellen lasergesteuerten Figurenzeichenmaschine zeigt;

Fig. 3 stellt eine perspektivische Ansicht dar, die einen herkömmlichen linearen Teiler in der lasergesteuerten Figurenzeichenmaschine zeigt;

Fig. 4 stellt eine perspektivische Ansicht dar, die den Aufbau des optischen Systems in einer Lichtstrahlsteuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 5 stellt eine Draufsicht dar, die einen Abschnitt zur Erfassung des Kontrollabtaststrahls in der Lichtstrahlsteuervorrichtung gemäß der Erfindung zeigt;

Fig. 6 stellt eine Seitenansicht dar, die das optische System in der Lichtstrahlsteuervorrichtung gemäß der Erfindung skizziert,

Fig. 7 stellt eine perspektivische Ansicht dar, die einen Abschnitt zur Erfassung des Kontrollabtaststrahles gemäß der Erfindung zeigt;

Fig. 8 stellt ein Blockdiagramm dar, welches den Aufbau der Lichtstrahlsteuervorrichtung gemäß der Erfindung zeigt;

Fig. 9(a) und 9(b) stellen Diagramme zur Erläuterung der Wirkung der bei der vorliegenden Erfindung verwendeten fluoreszierenden Lichtleiterfaser dar;

Fig. 10 stellt einen Querschnitt dar, der ein Beispiel für eine Anordnung zeigt, in der eine Vielzahl fluoreszierender Lichtleiterfasern verwendet werden;

Fig. 11 stellt eine perspektivische Ansicht dar, die ein erstes Beispiel einer linearen Teilervorrichtung gemäß der Erfindung zeigt;

Fig. 12 stellt ein Diagramm zur Erläuterung des Prinzips der linearen Teilervorrichtung gemäß der Erfindung dar;

Fig. 13 und 14 stellen Diagramme dar, die die Ausgangscharakteristik der Fotodetektoren der linearen Teilervorrichtung gemäß der Erfindung wiedergeben;

Fig. 15 stellt einen Querschnitt dar, der das erste Beispiel der linearen Teilervorrichtung gemäß der Erfindung zeigt; und

Fig. 16 stellt eine perspektivische Ansicht dar, die ein zweites Beispiel der linearen Teilervorrichtung gemäß der Erfindung zeigt.

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.

Fig. 4 stellt eine perspektivische Ansicht dar, die das optische System einer Lichtstrahlsteuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. In Fig. 4 kennzeichnet das Bezugszeichen 21 eine Lichtquelle, beispielsweise einen Argonlaser und einen Halbleiterlaser, während 22 einen Halbspiegel zur Aufteilung eines aus der Lichtquelle 21 austretenden Laserstrahls in einen Hauptabtaststrahl und einen Kontrollabtaststrahl kennzeichnet. Der Hauptabtaststrahl wird durch einen Modulator 24 auf die Abtastmittel, nämlich einen Abtastspiegel 25, gerichtet, während der Kontrollabtaststrahl durch einen Strahlkrümmer (Spiegel 23) auf den Abtastspiegel 25 gerichtet wird. Es versteht sich von selbst, daß wenn zwei Lichtquellen verwendet werden und ihre Ausgangsstrahlen, wie erforderlich, auf den Abtastspiegel 25 geworfen werden, der Halbspiegel 22 und der Strahlkrümmer 23 fortgelassen werden können. Wenn weiter als Lichtquelle 21 ein Halbleiterlaser verwendet wird, kann der Modulator 24 überflüssig sein.

Weiter bezeichnen in Fig. 4 die Bezugszeichen: 26 - eine f R-Linse; 27 und 29 - Strahlkrümmer; 28 - eine Hauptabtastoberfläche, auf der eine gewünschte Figur erzeugt wird; 30 - einen Teiler mit einer Kontrollabtastoberfläche 30 A; 31 - eine fluoreszierende Lichtleiterfaser; und 32 und 33 - Fotodetektoren, die an beiden Endseiten der fluoreszierenden Lichtleiterfaser 31 angeordnet sind (vgl. auch Fig. 5).

Wie in Fig. 6 skizziert, wird der vom Abtastspiegel 25 reflektierte Hauptabtaststrahl durch die Linse 26 und den Strahlkrümmer 27 auf die Hauptabtastfläche 28 geworfen. Andererseits wird der durch den Abtastspiegel 25 reflektierte Kontrollabtaststrahl durch die Linse 26 und die Strahlkrümmer 27 und 29 auf den Teiler 30 und zur fluoreszierenden Lichtleiterfaser 31 gerichtet. Fig. 7 stellt eine vergrößerte Ansicht der stellungsmäßigen Beziehungen zwischen dem Strahlkrümmer 29, dem Teiler 30 und der fluoreszierenden Lichtleiterfaser 31 dar.

Wie in Fig. 7 gezeigt, weist der Teiler 30 eine Anzahl lichtdurchlässiger Bezirke auf, nämlich Schlitze 34, die den Durchgang des Laserstrahls gestatten, sowie eine Anzahl lichtundurchlässiger Bezirke zwischen den Schlitzen zum Abfangen des Laserstrahls.

Fig. 8 stellt ein Blockschaltbild dar, das den Aufbau des Lichtstrahlsteuergerätes gemäß der Erfindung zeigt. In Fig. 8 kennzeichnen die Bezugszeichen: 41 - Abtastmittel, die dem Abtastspiegel 25 in Fig. 4 entsprechen; 42 - eine Lichtkonzentrierungseinheit, die der fluoreszierenden Lichtleiterfaser 31 in Fig. 4 entspricht; und 43 - eine als Erfassungsmittel arbeitende Steuerschaltung. Die Steuerschaltung 43 erfaßt die Abtastposition des Kontrollabtaststrahles durch Verwendung der Ausgangssignale der Fotodetektormittel 32 und 33, und steuert den Modulator 24 (oder die Abtastmittel 41) entsprechend dem Erfassungsergebnis. Weiter treibt der Steuerkreis 43 die Hauptabtastfläche 28 in einer vorausbestimmten Richtung.

Der vereinfachten Darstellung halber wird der Kontrollabtaststrahl von der f R-Linse 26 direkt auf den Teiler 30 gerichtet.

Nachfolgend wird die Betriebsweise des in der erwähnten Weise aufgebauten Lichtstrahlsteuergerätes beschrieben. Der von der Lichtquelle 21 ausgehende Laserstrahl wird durch den Halbspiegel 22 in den Hauptabtaststrahl und den Kontrollabtaststrahl unterteilt. Der Hauptabtaststrahl wird durch den Modulator 24 auf den Abtastspiegel 25 geworfen, wo er reflektiert wird. Der durch den Abtastspiegel 25 reflektierte Hauptabtaststrahl wird durch die f R-Linse 26 auf den Strahlkrümmer 27 geworfen, wo er erneut reflektiert wird und auf die Hauptabtastfläche 28 fällt. Der Abtastspiegel 25 wird durch Einwirkung der Steuerschaltung 43 in eine vorherbestimmte Richtung gedreht. Daher tastet der Hauptabtaststrahl im Zusammenhang mit der Drehung des Abtastspiegels 25 die Hauptabtastfläche 28 in eine Richtung A, die senkrecht zur Bewegungsrichtung B der Hauptabtastfläche 28 steht.

Die Steuerschaltung 43 steuert den Modulator 24 gemäß dem Aufnahmesignal zwecks Modulation des Hauptabtaststrahls (Ein/Aus-Modulation), und treibt die Hauptabtastfläche 28 in Richtung B an. Damit wird die dem Aufnahmesignal entsprechende Figur auf der Hauptabtastfläche 28 erzeugt.

Auf der anderen Seite wird der vom Halbspiegel 22 herkommende Kontrollabtaststrahl durch den Strahlkrümmer 23 reflektiert und auf den Abtastspiegel 25 in einer solchen Weise gerichtet, daß er einen vorherbestimmten Winkel mit dem Hauptabtaststrahl bildet. Der Kontrollabtaststrahl wird durch den Abtastspiegel 25 reflektiert und durch die f R-Linse 26 auf den Strahlkrümmer 27 geworfen, wo er erneut reflektiert wird. Der so reflektierte Kontrollabtaststrahl fällt auf den Strahlkrümmer 29. Der vom Strahlkrümmer 29 reflektierte Kontrollabtaststrahl wird auf die Kontrollabtastoberfläche 30 A gerichtet. In Verbindung mit der Drehung des Abtastspiegels 25 tastet der Kontrollabtaststrahl die Kontrollabtastoberfläche 30 A in einer Richtung C ab, die parallel zur Hauptabtastrichtung verläuft. Wenn der Kontrollabtaststrahl beim Abtasten der Kontrollabtastoberfläche 30 A an einen beliebigen Schlitz 34 gelangt, fällt er durch den Schlitz. Die fluoreszierende Lichtleiterfaser 31 ist so angeordnet, daß ihre Mittelachse im wesentlichen in die optische Achse des Kontrollabtaststrahles fällt, so daß der durch den Schlitz 34 gefallene Kontrollabtaststrahl in die fluoreszierende Lichtleiterfaser 31 eintritt. Sollte in diesem Falle die Lichtkonzentriereinheit 42 aus einer gewöhnlichen Lichtleiterfaser bestehen, fällt der Kontrollabtaststrahl, wie in Fig. 9(a) gezeigt, durch die Lichtleiterfaser 52. Besteht die Einheit jedoch aus der fluoreszierenden Lichtleiterfaser 31, erzeugt die darin enthaltene fluoreszierende Substanz 51 als Reaktion auf das eingefallene Licht Fluoreszenzlicht. Das so erzeugte Fluoreszenzlicht wird durch beide Enden der fluoreszierenden Lichtleiterfaser 31 ausgesandt, wie in Fig. 9(b) gezeigt ist, und durch die Fotodetektoren 32 und 33 erfaßt. Der Kontrollabtaststrahl wird durch die lichtundurchlässigen Bezirke, wo keine Schlitze vorhanden sind, abgefangen, so daß in diesem Falle kein Fluoreszenzlicht erzeugt wird. Dementsprechend liefern die Fotodetektoren 32 und 33 Impulse, die den Abtastpositionen des Kontrollabtaststrahles entsprechen. Die Steuerschaltung 43 zählt die Impulse jeder Abtastoperation, erfaßt unter Benutzung des Zählwertes die Abtastposition des Kontrollabtaststrahles, und steuert den Modulationstakt (oder die Rotationsstellung des Abtastspiegels 25, d.h. der Abtastmittel 41) des Modulators 24 entsprechend der so erfaßten Abtastposition.

Die Kontrollabtastoberfläche 30 A ist an einer Stelle angeordnet, die derjenigen der Hauptabtastfläche 28 äquivalent ist. Deshalb entspricht die Abtastposition des Kontrollabtaststrahls auf der Kontrollabtastoberfläche 30 A derjenigen des Hauptabtaststrahls auf der Hauptabtastoberfläche 28. Demgemäß kann die oben beschriebene Steuerung das gewünschte Bild an einer gewünschten Stelle auf der Hauptabtastoberfläche 28 erzeugen.

Fehler, die aufgrund der Fortpflanzungsgeschwindigkeit und der Streuung in der fluoreszierenden Lichtleiterfaser 31 entstehen, können in der Praxis im wesentlichen unbeachtet bleiben. Manchmal kann aber die Veränderung der Lichtmenge aufgrund der Fortpflanzungsverluste in der fluoreszierenden Lichtleiterfaser 31 nicht vernachlässigt werden. Daher ist es besser, die Fotodetektoren 32 und 33 an beiden Endseiten der fluoreszierenden Lichtleiterfaser 31 anzuordnen, wie oben beschrieben wurde, obwohl theoretisch die Signalerfassung mit nur einem Fotodetektor an einer Endseite der fluoreszierenden Lichtleiterfaser 31 erfolgen kann. Es ergibt sich, daß wenn die Abtastposition weiter von einem der Fotodetektoren (32 oder 33) entfernt ist, so daß der Lichtstrahl stärker gedämpft wird, sie dichter an einem der anderen Fotodetektoren (33 oder 32) liegt, wo die Dämpfung kleiner ist. Somit kann durch Addieren der Ausgangssignale der beiden Fotodetektoren eine im wesentlichen konstante Lichtmenge unabhängig von der Abtastposition erhalten werden.

Als fluoreszierende Lichtleiterfaser 31 kann eine solche mit relativ großem Fortpflanzungsverlust verwendet werden. In diesem Falle kann die Abtastposition aus dem Unterschied zwischen den Ausgangssignalen der beiden Fotodetektoren 32 und 33 an den Endseiten der fluoreszierenden Lichtleiterfaser 31 erfaßt werden.

Bei der oben beschriebenen Ausführungsform der Erfindung wird nur eine einzige fluoreszierende Lichtleiterfaser 31 benutzt. Es kann aber eine Vielzahl fluoreszierender Lichtleiterfasern verwendet werden, deren Austrittsignale von den gemeinsamen Fotodetektoren aufgenommen werden. Ein Beispiel einer solchen Anordnung ist in der Schnittansicht gemäß Fig. 10 dargestellt. Hierbei kann die Ausrichtung der fluoreszierenden Lichtleiterfasern mit der optischen Achse des Kontrollabtaststrahles leicht hergestellt werden.

Wie oben beschrieben, sind bei dem Lichtstrahlsteuergerät gemäß der Erfindung die Schlitze in der Kontrollabtastoberfläche angebracht und die durch die Schlitze austretenden Lichtstrahlen werden von der gemeinsamen fluoreszierenden Lichtleiterfaser aufgenommen. Die Abtastposition des Lichtstrahls wird unter Benutzung des Ausgangssignals der fluoreszierenden Lichtleiterfaser erfaßt. Daher weist das Lichtstrahlsteuergerät gemäß der Erfindung weniger Bauelemente, niedrigere Herstellungskosten und kleiner Abmessungen auf.

Fig. 11 zeigt eine lineare Teilervorrichtung gemäß der Erfindung mit einer Struktur, bei der die Kontrollabtastoberfläche und die fluoreszierende Lichtleiterfaser der oben beschriebenen Ausführungsform vereinigt sind. In Fig. 11 kennzeichnen die Bezugszeichen: 61 - ein erstes, beispielsweise aus Glas bestehendes Bauteil, welches im wesentlichen die Form eines zylindrischen Rohres besitzt; 62 - ein zweites, aus Glas oder dgl. hergestelltes Bauteil innerhalb des ersten Bauteils 61; 63 - eine Vielzahl von Schlitzen, die mit vorherbestimmten Abständen im ersten Bauteil angebracht sind. Der Brechungsindex des zweiten Bauteils 62 ist größer als derjenige des ersten Bauteils 61. Zusätzlich ist im zweiten Bauteil 62 gleichmäßig verteiltes fluoreszierendes Material zur Absorption des durch die Schlitze 63 einfallendes Lichtes eingebracht.

Die Wirkungsweise der so aufgebauten linearen Teilervorrichtung wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 12 beschrieben, die der Fig. 9(b) ähnelt.

Wenn beispielsweise der unter Bezugnahme auf Fig. 4 beschriebene Kontrollabtaststrahl auf das erste Bauelement 61 fällt, tritt er in das zweite Bauelement 62 durch die Schlitze 63 ein. Das einfallende Licht wird durch das im zweiten Bauelement enthaltene fluoreszierende Material absorbiert, das seinerseits fluoreszierendes Licht erzeugt.

Wie weiter oben gesagt, ist der Brechungsindex des zweiten Bauteils 62 größer als derjenige des ersten Bauteils 61. Deshalb kann, ähnlich wie bei einer gewöhnlichen Lichtleiterfaser, das im zweiten Bauteil 62 erzeugte fluoreszierende Licht, welches an der inneren Wandung des ersten Bauelementes 61 reflektiert wird, nicht durch dieses Bauelement hindurchtreten, so daß im Ergebnis das fluoreszierende Licht zur rechten und linken Endfläche des zweiten Bauelementes 62 gesandt wird. Dieses fluoreszierende Licht wird durch die Fotodetektoren 32 und 33 an der rechten und linken Endfläche des zweiten Bauelementes 62 erfaßt.

Da das einfallende Licht durch die Schlitze 63 gewissermaßen ein- und ausgeschaltet wird, wird das so erzeugte fluoreszierende Licht ebenfalls ein- und ausgeschaltet. Infolgedessen liefern die Fotodetektoren 32 und 33 Impulse in Übereinstimmung mit den Schlitzen 63. Durch Zählen der Impulse kann die Einfallsposition des Kontrollabtaststrahls erfaßt werden.

Falls das Fluoreszenzlicht beim Durchlaufen des zweiten Schaltelementes 62 ausreichend abgeschwächt wird, kann die Abschwächung zur Erfassung der Einfallsposition benutzt werden. Bei jedem Fotodetektor 32 und 33 wird bei der Annäherung der Einfallsposition die Abschwächung des Fluoreszenzlichtes verringert, d.h., die erfaßte Stärke des Fluoreszenzlichts wird vergrößert. Daher besitzt der Fotodetektor 32 eine Ausgangscharakteristik CA, die bei der Einfallsposition L ein Maximum und bei der Einfallsposition R ein Minimum aufweist, wie in Fig. 13 dargestellt ist, wo die Buchstaben R und L Positionen des äußersten rechten und äußersten linken Schlitzes bezeichnen (vgl. auch Fig. 11). Die Einfallsposition kann daher durch Benutzung der Ausgangssignale der Fotodetektoren 32 oder 33 erfaßt werden.

Alternativ kann die Einfallsposition aus der Differenz (CA-CB) zwischen den Ausgangssignalen der Fotodetektoren 32 und 33 erfaßt werden. In diesem Falle verläuft die Ausgangscharakteristik CC in der in Fig. 14 gezeigten Weise, wobei der Ausgangspegel maximal ist (positiv), wenn die Einfallsposition bei L liegt, während sie minimal ist (negativ), wenn die bei R liegt, und sie ist Null, wenn die Einfallsposition die Zwischenposition M ist.

Um impulsförmiges Fluoreszenzlicht zu erzeugen, ist es erforderlich, daß die lineare Teilervorrichtung lichtdurchlässige Bezirke aufweist, welche den Durchtritt des einfallenden Lichtes gestatten, sowie lichtundurchlässige Bezirke, welche das einfallende Licht unterbrechen. Zu diesem Zweck sind Schlitze 63 in dem ersten Bauelement 61 angebracht. Wenn aber der Übertragungsverlust im zweiten Bauelement 62 benutzt wird, kann das erste Bauelement so konstruiert sein, daß es kontinuierlich einfallendes Licht auf das zweite Bauelement 62 sendet. In diesem Falle kann die Einfallsposition genauer erfaßt werden.

Es wurden Versuche unter den nachfolgenden Bedingungen durchgeführt: Das einfallende Licht war ein Argonlaserstrahl mit einer Wellenlänge von 488 nm; die Wellenlänge des Fluoreszenzlichtes betrug in der Spitze 589 nm; der Brechungsindex des ersten Bauelementes 61 betrug 1,42; der Brechungsindex des zweiten Bauelementes 62 betrug 1,59; der Außendurchmesser D des ersten Bauelementes 61 war 2,00 mm; die Wandstärke des ersten Bauelementes 61 war 20 µm; und das einfallende Licht besaß einen Punktdurchmesser von 5 µm. Wenn, wie in Fig. 15 gezeigt, der Verschiebungsbetrag des Einfallslichtpunktes in einer zur Abtastrichtung (oder zur Richtung der Z-Achse) senkrechten Achse innerhalb von ±0,35D vom Mittelpunkt 0 des Bauelementes 61 (oder 62) lag, konnten mehr als 95% des ausfallenden Lichtes gewonnen werden, wenn das einfallende Licht auf das 0-Zentrum gerichtet wurde.

Fig. 16 zeigt ein weiteres Beispiel der linearen Teilervorrichtung gemäß der Erfindung. Bei der Vorrichtung nach Fig. 16 ist das erste Bauelement 71 im Querschnitt rechteckig, so daß die Einfallsoberfläche zur Aufnahme des Einfallslichtes flach ist. In diesem Falle kann der Toleranzbereich für die Verschiebung der Einfallsposition des Lichtpunktes in Richtung der Z-Achse größer sein als im Falle der linearen, im Querschnitt runden Teilervorrichtung nach Fig. 15.

Wie oben gesagt wurde, kann durch Verwendung der linearen Teilervorrichtung gemäß der Erfindung das Lichtstrahlsteuergerät mit einer kleineren Anzahl von Bauelementen, einer einfacheren Konstruktion, in Miniaturgröße, und geringeren Herstellungskosten hergestellt werden, selbst im Vergleich zu dem in Fig. 4 dargestellten Gerät.

Claims (14)

1. Lichtstrahlsteuergerät, dadurch gekennzeichnet, daß es folgende Komponenten aufweist:

• - Lichtquellenmittel zur Erzeugung eines ersten und eines zweiten Strahls;
• - eine erste Abtastoberfläche, auf die der erste Lichtstrahl geworfen wird;
• - eine zweite Abtastoberfläche, auf die der zweite Lichtstrahl geworfen wird;
• - Abtastmittel, die bewirken, daß der erste und der zweite Strahl jeweils die erste und die zweite Abtastoberfläche abtasten;
• - fluoreszierende Lichtleiterfasermittel, die entlang der Abtastrichtung des zweiten Strahls angeordnet sind, zur Aussendung von fluoreszierendem Licht als Reaktion auf den einfallenden zweiten Strahl, sowie Aussendung des Fluoreszenzlichtes; und
• - Fotodetektormittel zur Erfassung des Fluoreszenzlichtes.

2. Lichtstrahlsteuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es weiter Steuermittel zur Bestimmung der Abtastposition des ersten Strahles auf der ersten Abtastoberfläche unter Benutzung des Ausgangssignals der Fotodetektormittel aufweist.

3. Lichtstrahlsteuergerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermittel weiter die Abtastposition des ersten Strahls durch Steuerung der Abtastmittel einstellen.

4. Lichtstrahlsteuergerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es weiter Modulationsmittel für eine Ein-/Aus-Modulation des ersten Strahles aufweist, wobei die Steuermittel die Abtastposition des ersten Strahles durch Steuerung der Modulationsmittel einstellen.

5. Lichtstrahlsteuergerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Abtastoberfläche lichtdurchlässige Bezirke und lichtundurchlässige Bezirke aufweist, welche regelmäßig und abwechselnd entlang der Abtastrichtung des zweiten Strahls angeordnet sind, und daß die Steuermittel Impulse zählen, die im Ausgangssignal der Fotodetektormittel enthalten sind.

6. Lichtstrahlsteuergerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermittel die Abtastposition des ersten Strahles auf der Basis des Pegels des Ausgangssignals der Fotodetektormittel bestimmen.

7. Lichtstrahlsteuergerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fotodetektormittel erste und zweite Fotodetektoren aufweisen, die an entsprechenden Endflächen der fluoreszierenden Lichtleiterfasermittel angeordnet sind, und daß die Steuermittel die Abtastposition des ersten Strahles auf der Basis der Differenz zwischen den Ausgangssignalen der ersten und zweiten Fotodetektoren bestimmen.

8. Lichtstrahlsteuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Abtastoberfläche Teil einer äußeren Oberfläche der fluoreszierenden Lichtleiterfasermittel ist.

9. Lichtstrahlsteuergerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der äußeren Oberfläche lichtdurchlässige Bezirke und lichtundurchlässige Bezirke aufweist, welche regelmäßig und abwechselnd entlang der Abtastrichtung des zweiten Strahls angeordnet sind, und daß die Kontrollmittel Impulse zählen, die im Ausgangssignal der Fotodetektormittel enthalten sind.

10. Lichtstrahlsteuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die fluoreszierenden Lichtleiterfasermittel eine Vielzahl parallel zueinander angeordneter fluoreszierender Lichtleiterfasern aufweisen, und daß gemeinsame Fotodetektormittel das von der Vielzahl der fluoreszierenden Lichtleiterfasern ausgehende Fluoreszenzlicht erfassen.

11. Lineare Teilervorrichtung, gekennzeichnet durch:

• - ein erstes Bauelement mit einem ersten Brechungsindex und ausgestattet, mindestens über einen Abschnitt desselben, mit lichtdurchlässigen Bezirken und lichtundurchlässigen Bezirken, die regelmäßig und abwechselnd in einer Längsrichtung des ersten Bauelementes angeordnet sind; und
• - ein zweites Bauelement, das innerhalb des ersten Bauelementes angeordnet ist und in welchem fluorezierendes Material im wesentlichen gleichmäßig verteilt ist, wobei das zweite Bauelement einen zweiten Brechungsindex besitzt, der größer als der erste Brechungsindex ist, so daß es das vom fluoreszierenden Material ausgesandte Fluoreszenzlicht auf die Endflächen des zweiten Bauelementes richtet.

12. Lineare Teilervorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine zylindrische Form besitzt.

13. Lineare Teilervorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine rechteckige Querschnittsform besitzt.

14. Lineare Teilervorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens an einer der Endflächen des zweiten Elementes einen Fotodetektor zur Erfassung des Fluoreszenzlichtes aufweist.